ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN _______________________

Trần Văn Khá

NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC KIẾN TẠO KHU VỰC

THỀM LỤC ĐỊA BẮC MIỀN TRUNG TRÊN CƠ SỞ

XỬ LÝ, PHÂN TÍCH MINH GIẢI TỔNG HỢP TÀI LIỆU

ĐỊA CHẤT-ĐỊA VẬT LÝ

Chuyên ngành: Vật lý địa cầu

Mã số: 62440111

DỰ THẢO TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ ĐỊA CẦU

Hà Nội - 2017

Công trình được hoàn thành tại:

Trường Đại học Khoa học tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội

Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. ĐỖ ĐỨC THANH

2. TS. HOÀNG VĂN VƯỢNG

Phản biện: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Phản biện: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Phản biện: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng cấp Đại học Quốc

gia chấm luận án tiến sĩ họp tại ………………………………………

vào hồi giờ ngày tháng năm 20...

Có thể tìm hiểu luận án tại:

- Thư viện Quốc gia Việt Nam

- Trung tâm Thông tin - Thư viện, Đại học Quốc gia Hà Nội

3

Mở đầu

Biển Đông Việt Nam rộng lớn gấp nhiều lần so với phần lãnh

thổ trên đất liền, bao gồm toàn bộ thềm lục địa pháp lý quy định theo

công ước luật biển 1982 của Liên hợp quốc và các vùng quần đảo

Trường Sa - Hoàng Sa. Đã có rất nhiều nghiên cứu trong nước như

khảo sát, tìm kiếm thăm dò, khai thác tài nguyên đểkhẳng định chủ

quyền Biển Đảo Việt Nam. Từ những năm 50 đến nay đã có rất nhiều

công trình nghiên cứu về địa chất và địa vật lý do các nhà khoa học

trong nước và ngoài nước công bố trên vùng thềm lục địa Bắc Miền

Trung –Hoàng Sa thuộc Biển Đông Việt Nam. Ngoài ra còn có các

khảo sát địa chất – địa vật lý khác trên thềm lục địa Việt Nam. Việc

minh giải các tài liệu trên cũng đã được rất nhiều tác giả trong và

ngoài nước thực hiện và công bố trên các tạp chí trong và ngoài

nước, tuy nhiên nghiên cứu sinh nhận thấy rằng còn tồn tại một vài

vấn đề chưa được giải quyết thỏa đáng trong các nghiên cứu trước

đây như việc xác định các hệ thống đứt gẫy theo tài liệu địa vật lý,

cấu trúc Moho khu vực thềm lục địa Việt Nam. Trên cơ sở một vài

tồn tại như việc xác định hệ số hài phù hợp trong phương pháp NFG,

trước đây các tác giả trong nước thường sử dụng hệ số hài bằng hai

phần ba số điểm để xác định độ sâu tới nguồn theo tài liệu trọng lực,

tuy nhiên việc lựa chọn này chỉ đúng cho một số ít trường hợp. Chính

vì vậy. Trong luận án này nghiên cứu sinh đi sâu vào nghiên cứu và

áp dụng cách thức lựa chọn số hài theo Aydin. (2007, 2010), việc lựa

chọn hài này đã cho kết quả phù hợp hơn đối với mô hình lý thuyết

và cũng đã được kiểm nghiệm trên số liệu thực tế. Việc xác định hệ

4

thống đứt gẫy theo phương pháp gradient ngang cực đại Blakely và

Simpson vẫn còn hạn chế. Độ sâu bề mặt Moho trên khu vực nghiên

cứu đã được nhiều nghiên cứu sinh trong nước và thế giới công bố,

tuy nhiên các kết quả này có sự khác nhau, điều này do không có

điểm tựa độ sâu bề mặt Moho trên khu vực nghiên cứu. Chính vì vậy

nghiên cứu sinh đã lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu cấu trúc kiến tạo

khu vực thềm lục địa bắc Miền Trung Việt Nam trên cơ sở xử lý,

phân tích và minh giải tổng hợp tài liệu địa chất - địa vật lý” cho

luận án của mình.

Nhiệm vụ của luận án: Với những đối tượng nghiên cứu kể trên, để

đạt được mục tiêu đề ra, luận án bao gồm những nhiệm vụ sau:

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết, từ đó đề xuất cải tiến nhằm nâng cao

hiệu quả áp dụng của một số phương pháp phân tích và xử lý số liệu

trường thế.

- Xây dựng hàm phân bố mật độ trung bình cho tầng trầm tích trên

toàn khu vực nghiên cứu

- Xác định hệ thống đứt gẫy trên khu vực nghiên cứu theo tài liệu

trọng lực

- Xác định độ sâu tới bề mặt Moho trên cơ sở các tài liệu địa chấn bổ

sung trên khu vực nghiên cứu

- Phát hiện quy luật và đặc điểm cấu trúc-kiến tạo khu vực thềm lục

địa Bắc miền trung-Hoàng sa

Những điểm mới luận án:

5

- Áp dụng thành công việc lựa chọn hệ số hài hợp lý đối với phương

pháp NFG trong việc xây dựng mô hình cấu trúc địa chất theo tài

liệu trọng lực. Đề xuất cải tiến và nâng cao hiệu quả phương pháp

HGM nhằm xác định biêncấu trúc và hệ thống đứt gẫy trong phân

tích và xử lý số liệu trường thế.

- Xây dựng được hàm phân bố mật độ tầng trầm tích Kainozoi trên

khu vực thềm lục địa Bắc Miền Trung –Hoàng Sa.

- Đã bổ sung thêm hai điểm độ sâu tới mặt Moho theo tài liệu địa

chấn, qua đó đã xác định lại độ sâu tới Moho trên khu vực nghiên

cứu có kết quả sát với thực tế hơn.

Kết quả khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài: Các kết quả đạt

được của luận án cho thấy tính ứng dụng và hiệu quả cao của hệ

phương pháp và những đề xuất cải tiến đã lựa chọn trong việc nghiên

cứu cấu trúc kiến tạo trên thềm lục địa Việt Nam và lân cận. Các kết

quả khoa học mà luận án đạt được về cấu trúc kiến tạo khu vực nghiên

cứu có thể góp phần phục vụ công tác xác định đường ranh giới ngoài

thềm lục địa Việt Nam, đặc biệt là vùng quần đảo Hoàng Sa.

1. Tổng quan tình hình nghiên cứu về địa chất-địa vật lý trên

khu vực thềm lục địa bắc Miền Trung Việt Nam

Trên vùng thềm lục địa miền Trung Việt Nam và khu vực lân cận có

rất nhiều nhà khoa học về địa chất, địa vật lý tiến hành nghiên cứu

theo các hướng chuyên sâu khác nhau nhằm phục vụ công tác thăm

dò tìm kiếm khoáng sản, làm sáng tỏ lịch sử phát triển địa chất, củng

6

cố luận cứ khoa học để khẳng định và mở rộng đường ranh giới trên

biển, bảo vệ lãnh hải của Tổ quốc.

Vùng biển thuộc chủ quyền của Việt Nam trên Biển Đông

rộng lớn gấp nhiều lần so với phần lãnh thổ trên đất liền, bao gồm

toàn bộ thềm lục địa pháp lý quy định theo Công ước luật biển 1982

của Liên hợp quốc và các vùng quần đảo Trường Sa - Hoàng Sa. Từ

hàng trăm năm qua và đặc biệt là mấy chục năm gần đây, các thế hệ

người Việt Nam đã liên tiếp thực hiện hàng trăm hàng ngàn lượt điều

tra, khảo sát, tìm kiếm thăm dò, nghiên cứu, khai thác tài nguyên để

làm chủ thực sự vùng biển rộng lớn và giàu có này. Về lĩnh vực địa

chất và địa vật lý, ngoài những công trình do các nhà nghiên cứu

Việt Nam trực tiếp tiến hành trong 50 năm qua còn có nhiều công

trình của các nghiên cứu sinh nước ngoài tiến hành độc lập hoặc hợp

tác với Việt Nam trên vùng Biển Đông. Có nhiều kết quả quan trọng

đã được công bố về địa chất và địa vật lý trên Biển Đông nói chung

và trên vùng biển Việt Nam nói riêng. Trong số này có những kết

quả tổng hợp trong dạng các tập bản đồ địa chất , địa vật lý các vùng

biển Đông nam Á, trong đó có Biển Đông của các nhà nghiên cứu

Mỹ (Hayes, Taylor, 1986). Đến năm 1987, Nhà xuất bản Quảng

Đông (Trung Quốc) chính thức xuất bản tập atlas địa chất - địa vật lý

biển Nam Trung hoa gồm 11 bản đồ chuyên đề ở tỷ lệ 1:2.000.000.

Cho đến nay đây là các bản đồ địa chất - địa vật lý tỷ lệ lớn nhất

được xuất bản chính thức cho Biển Đông. Trong khi đó, trên vùng

biển của chúng ta, các kết quả điều tra khảo sát, nghiên cứu trong

nhiều năm qua trên các vùng khác nhau, và nhiều chuyên đề trên cả

7

vùng biển, đã đạt độ chi tiết ở các tỷ lệ lớn hơn nhiều lần. Có những

vùng trên thềm lục địa chúng ta đã có các bản đồ chuyên đề với mức

độ chi tiết trong các tỷ lệ 1:50.000 và lớn hơn. Trong khuôn khổ của

các đề tài địa chất - địa vật lý thuộc chương trình nghiên cứu biển

thực hiện từ những năm 1980 trở lại đây chúng ta đã hoàn thành xây

dựng nhiều bản đồ chuyên đề với phạm vi phổ biến là trên toàn thềm

lục địa cũng như một số vùng biển lân cận trên Biển Đông. Trong số

này, có những bản đồ chuyên đề quan trọng như bản đồ địa mạo, bản

đồ trầm tích đáy, bản đồ cấu trúc kiến tạo, các bản đồ các trường

trọng lực và từ, bản đồ cấu trúc sâu, bản đồ cấu tạo các bể trầm tích,

các thành tạo đệ tứ đều đã đạt mức độ chính xác và độ chi tiết cao.

2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - MỘT SỐ ĐỀ XUẤT CẢI

TIẾN VÀ KẾT QUẢ TÍNH TOÁN THỬ NGHIỆM

2.1. Cơ sở lý thuyết các phương pháp nghiên cứu

Phương pháp tính và ứng dụng giá trị gradient chuân hóa toàn phần

trong công tác xử lý và phân tích và minh giải tài liệu địa vật lý đã

được công bố trong công trình của các tác giả: Berezkin V.M and

Buketov 1965 với mục đích xác định và khoanh vùng dị thường địa

vật lý và tìm kiếm trực tiếp dầu khí

𝐺𝐻(𝑥, 𝑧) =𝐺(𝑥,𝑧)

𝐺𝐶𝑃(𝑍)=

√𝑉𝑥2(𝑥,𝑧)+𝑉𝑧

2(𝑥,𝑧)

1

𝑀∑ √𝑉𝑥

2(𝑥,𝑧)+𝑉𝑧2(𝑥,𝑧)𝑀−1

𝑖=0

(2.1)

Trong đó:

- 𝐺𝐻(𝑥, 𝑧) là NFG tại vị trí (x, z) trên mặt cắt.

8

- Vx và Vz là các đạo hàm bậc nhất tương ứng của trường thế

trọng lực V(x,z).

- 𝐺(𝑥, 𝑧) là đạo hàm toàn phần.

- 𝐺𝐶𝑃(𝑍) là giá trị bình phương trung bình của đạo hàm toàn

phần G(x,z)

- M là số điểm đo trên bề mặt theo tuyến.

Để có thể tìm được số hài N hợp lý nhất, sẽ tính với tất cả các số hài

tương ứng với các NFG cực đại và số hài N mà tại đó NFG là lớn

nhất sẽ được lựa chọn cho việc xác định vị trí cũng như độ sâu tới

nguồn

Thử nghiệm mô hình

- Mô hình 1: vật thể gây dị thường có dạng hình hộp chữ nhật

nằm ngang với một chiều kéo dài ra vô tận nằm gần bề mặt quan sát

(bảng 2.1).

- Mô hình 2: vật thể gây dị thường có dạng hình hộp chữ

nhật nằm ngang và cũng có một chiều kéo dài ra vô tận nằm sâu hơn

(bảng 2.1).

STT M (số

điểm)

∆𝑋

(Km)

X1

(Km)

X2

(Km)

Z1

(Km)

Z2

(Km)

𝛿

(g/cm3)

Mô hình 1 50 0.1 2.3 2.7 0.1 0.5 -0.47

Mô hình 2 100 1 45 49 2 7 0.13

Bảng 2.1. Tham số của mô hình trọng lực

9

Hình 2.6. Dị thường trọng lực mô hình 1 Hình 2.7 Dị thường trọng lực mô hình 2

Hệ số hài N liên hệ với NFG cực đại của mô hình 1 và mô hình 2

được thể hiện trên hình 2.8 và hình 2.9

Hình 2.8. Mối liên hệ giữa N và NFG cực đại Hình 2.9. Mối liên hệ giữa N và NFG cực đại

trên mô hình 1: N=30 trên mô hình 2: N=61

Hình 2.10. Gradient chuân hóa toàn phần tính trên mô hình 1 Hình 2.11. Gradient chuân hóa toàn phần được tính trên mô hình 2

với các hệ số N được chọn 25, 30, 35 với các hệ số N được chọn 55, 61, 70

10

Dựa trên mối liên hệ giữa hệ số N và giá trị NFG cực đại trên

mô hình 1 (hình 2.8) nghiên cứu sinh đã lựa chọn ba hệ số hài khác

nhau N=25, 30, 35 (hình 2.10). Việc lựa chọn này nhằm mục đích để

đánh giá hiệu quả của hệ số hài N hợp lý đã được xác định so với các

hài lân cận. Kết quả tính toán cho thấy với N=30 hình 2.10b dị

thường NFG đạt cực đại ở độ sâu gần trùng với tâm mô hình 1 nhất.

Trên hình 2.10a với N=25, vị trí tâm của dị thường NFG nằm sâu hơn

so với mô hình. Hình 2.10c có thể thấy rằng: mặc dù với N=35 tâm

của mô hình trùng với tâm của dị thường NFG nhưng lại thấy xuất

hiện một cực trị ảo xuất hiện ngay dưới vị trí của mô hình (hiệu ứng

bóng). Hiện tượng này có thể được lý giải là: trong quá trình hạ

trường theo khai triển Fourier, khi hệ số N tăng thì đồng thời xuất

hiện tín hiệu nhiễu có bước sóng ngắn dẫn tới xuất hiện những cực trị

giả trong mặt cắt mô hình tính toán NFG.

Trên hình 2.11: các mặt cắt NFG được tính toán và xây dựng với các

hệ số hài N= 55, 61, 70. Kết quả cho thấy là với N=61 là cho kết quả

NFG phù hợp nhất so với các số hài khác.

2.2.3. Đề xuất cải tiến phương pháp gradient ngang cực đại

Phương pháp xác định giá trị gradient ngang cực đại được đề xuất bởi

Blakely và Simpson năm 1986 với mục đích xác định biên các khối

bất đồng nhất mật độ theo tài liệu trọng lực. Phương pháp này đã

được nhiều nhà địa vật lý trên thế giới sử dụng để xác định bình đồ

bán định lượng của mạng lưới đứt gẫy với điều kiện sau:

11

H[∆𝑔]𝑖−1,𝑗 < H[∆𝑔]𝑖,𝑗 > H[∆𝑔]𝑖+1,𝑗

H[∆𝑔]𝑖,𝑗−1 < H[∆𝑔]𝑖,𝑗 > H[∆𝑔]𝑖,𝑗+1 (2.10)

H[∆𝑔]𝑖+1,𝑗−1 < H[∆𝑔]𝑖,𝑗 > H[∆𝑔]𝑖−1,𝑗+1

H[∆𝑔]𝑖−1,𝑗−1 < H[∆𝑔]𝑖,𝑗 > H[∆𝑔]𝑖+1,𝑗+1

Với

H[∆𝑔(𝑥, 𝑦)]=√(𝜕∆𝑔(𝑥,𝑦)

𝜕𝑥)

2+ (

𝜕∆𝑔(𝑥,𝑦)

𝜕𝑦)

2 (2.11)

∆𝑔(𝑥, 𝑦) là dị thường trọng lực Bouguer

Giá trị đạo hàm ngang cực đại tại vị trí 𝑥𝑚𝑎𝑥 được xác định

bởi:

H[∆𝑔]𝑚𝑎𝑥 = 𝑎𝑥𝑚𝑎𝑥2 + 𝑏𝑥𝑚𝑎𝑥 + H[∆𝑔]𝑖,𝑗

Theo Blakely và Simpson thì nếu thỏa mãn hai trong các bất đẳng

thức (2.10) thì luôn tồn tại cực đại trong miển [-d,d], tuy nhiên theo

lý thuyết hàm số thì chỉ với điều kiện (2.10) sẽ không chỉ hết được

cực đại của hàm số bậc 2 trong miền cho trên.

2.2.3.1. Phương pháp luận

Xét hàm số 𝑦 = 𝑎𝑥2 + 𝑏𝑥 + 𝑐𝑥 ∈ [−𝑑, 𝑑]

Theo lý thuyết thì hàm số y có cực đại trong miền [-d,d] thì

điều kiện sau phải thỏa mãn:

{𝑎 < 0

|𝑥𝑚𝑎𝑥 =−𝑏

2𝑎| ≤ 𝑑

(2.31)

12

Từ hệ điều kiện (2.31) thì điều kiện có cực đại trong miền [-

d,d] cho đa thức bậc 2 với gradient ngang toàn phần thỏa mãn hai

trong các bất đẳng thức của hệ điều kiệnsau đây:

H[∆𝑔]𝑖−1,𝑗 + H[∆𝑔]𝑖+1,𝑗 < 2H[∆𝑔]𝑖,𝑗

H[∆𝑔]𝑖,𝑗−1 + H[∆𝑔]𝑖,𝑗+1 < 2H[∆𝑔]𝑖,𝑗

H[∆𝑔]𝑖−1,𝑗−1 + H[∆𝑔]𝑖+1,𝑗+1 < 2H[∆𝑔]𝑖,𝑗

H[∆𝑔]𝑖+1,𝑗−1 + H[∆𝑔]𝑖−1,𝑗+1 < 2H[∆𝑔]𝑖,𝑗

|−𝑏

2𝑎| ≤ 𝑑

(2.32)

Thử nghiệm trên mô hình

Mô hình 1 (hình 2.23): Với hai vật thể lăng trụ chữ nhật nằm

cạnh nhau hình 2.23a với các tham số mô hình như bảng 2.6, kết quả

trên cho thấy HGM theo hệ điều kiện (2.10) hình 2.23e cho thấy biên

của lăng trụ 1 là ro ràng, tuy nhiên với biên lăng trụ 2 phần nằm giáp

lăng trụ 1 là không ro ràng, chỉ xuất hiện duy nhất một điểm HGM tại

biên này, kết quả tính HGM theo hệ điều kiện (2.32) hình 2.23f cho

kết quả biên lăng trụ 1 là ro ràng khi áp dụng hệ điều kiện (2.10);

nhưng với lăng trụ 2 thì ro ràng hơn rất nhiều, phần biên lăng trụ 2

tiếp giáp lăng trụ 1 xuất hiện nhiều điểm mà theo hệ điều kiện (2.10)

không có

Bảng 2.6 Tham số mô hình trọng lực (dx=dy=1)

Mô hình X1(Km) X2(Km) Y1(Km) Y2(Km) Z1(Km) Z2(Km) Mật độ

𝜌 (𝑔/𝑐𝑚3)

Lăng trụ 1 40 50 45 55 1 5 0.02

Lăng trụ 2 55 65 45 55 4 7 0.02

13

Hình 2.23. Mô hình 1: Hai vật thể lăng trụ chữ nhật nằm tách rời nhau: a). Mô hình 2 vật thể

trọng lực lăng trụ đứng chữ nhật với tham số như bảng 2.36 trong không gian 3 chiều XYZ; b)

Mô hình 2 vật thể trọng lăng trụ đứng chữ nhật trên mặt phẳng XY; c) trường trọng lực do 2 vật

thể lăng trụ đứng tạo ra trên mặt quan sát; d) gradient ngang toàn phần do 2 vật thể lăng trụ

đứng gây ra trên mặt quan sát; e) HGM theo Blakely và Simpson (2); f) HGM theo hệ điều kiện

cải tiến (4).

14

Phương pháp mô hình hóa trọng lực 3D

Trong luận án này sẽ sử dụng bài toán thuận để tính toán dị thường

Bouguer và loại bỏ ảnh hưởng của trầm tích theo Bhaskara Rao D, và

xác định độ sâu tới bề mặt Moho theo Parker R. L. và Oldenburg .

Bài toán thuận 3 chiều trọng lực trong miền không gian

Theo Bhaskara Rao D với vật thể

Có mật độ thay đổi theo độ sâu

Bởi hàm bậc 2:

(z) =ao+ a1z + a2z2

Z là độ sâu

Thì trường trọng lực gây ra tại vị

Trí p(x,y) là: Hình 2.5. Mô hình trọng lực lăng trụ 3 chiều

15

Bài toán ngược trọng lực 3D trong miền tần số

Để tính toán độ sâu tới bề mặt Moho trong luận án này sử dụng thuật

toán giải ngược Parker.

Dựa trên thuật toán Parker, Oldenburg đưa ra cách tính độ sâu tới bề

mặt theo phương trình sau:

ℎ(𝑟) = 𝐹−1 [−𝐹[𝑔𝑧]𝑒|𝑘|𝑧0

2𝜋𝛾𝜌− ∑

|𝑘|𝑛−1

𝑛!𝐹[ℎ𝑛(𝑟)]∞

𝑛=2 ] (2.28)

3. Xác định cấu trúc vỏ trái đất khu vực thềm lục địa miền trung

– hoàng sa theo tài liệu địa vật lý.

Trên cơ sở một tổ hợp các phương pháp cùng với những đề xuất cải

tiến đã trình bày ở chương 2 luận án, trong phần này, NCS tiến hành

việc áp dụng chúng để tính toán, phân tích và xử lý nhằm làm sáng tỏ

thêm cấu trúc vỏ trái đất cũng qua đó có thể phân vùng cấu trúc kiến

tạo khu vực thềm lục địa bắc Miền Trung Việt Nam theo tài liệu

trọng lực và các tài liệu địa chất, địa vật lý khác có trong khu vực.

3.1. Nguồn tài liệu sử dụng

Nguồn tài liệu được sử dung trong luận án này gồm:

- Nguồn trọng lực vệ tinh Sandwell, trọng lực thành tầu Gagarynsky

R/V cruises đo năm 1987-1992 các tuyến màu đen , nguồn số liệu

trọng lực thành tầu thuộc dự án CSL07 (dự án xác định ranh giới

ngoài thềm lục địa Việt Nam)

- Các mặt cắt địa chấn sâu thuộc dự án CSL07; các mặt cắt địa chấn

sâu thu thập từ nguồn Chương trình khoan sâu biển Đông

16

- Tài liệu về độ sâu đáy biển nguồn Gebco (General Bathymetric

Chart of the Oceans).

- Bản đồ bề dầy trầm tích tỷ lệ 1:1.000.000 (nguồn: Trung tâm dữ

liệu địa vật lý NOAA, CO (hình 3.4).

3.2. Kết quả áp dụng phương pháp gradient chuẩn hóa toàn phần

cải tiến xác định các ranh giới cấu trúc sâu khu vực nghiên cứu

Hình 3.5. Mặt cắt NFG tuyến PKG09-09 với hệ số hài đựa lựa chọn hợp lý N=43

Hình 3.13. Mặt cắt NFG tuyến PK09-09 với mức nâng trường lên 20km với hệ số hài lựa chọn

hợp lý N=16 (đường màu đen là độ sâu tới bề mặt Moho được tính toán từ địa chấn)

Hình 3.14 Mặt cắt cấu trúc địa chất tuyến PK09-09 theo tài liệu trọng lực trên cơ sở áp dụng

phương pháp NFG để xác định các thông tin độ sâu tới đáy trầm tích và độ sâu tới bề mặt Moho

17

hình 3.14 là kết quả của việc sử dụng kết quả NFG hình 3.5 cho độ

sâu đáy trầm tích tuyến PK09-09 và kết quả NFG hình 3.13 cho độ

sâu mặt Moho tuyến PK09-09 được đưa vào mô hình hóa trọng lực

trên phần mềm GM-SYS, kết quả mô hình cấu trúc địa chất thu được

với 2 thông tin tiên nghiệm trên cho sai số bình phương trung bình

1.82% giữa trường trọng lực quan sát và trọng lực tính toán từ mô

hình trên. Kết quả này cho thấy đưa phương pháp NFG vào làm thông

tin tiên nghiệm rất tốt, nó giúp cho quá trình mô hình hóa một cách

nhanh hơn khi chúng ta không có thông tin gì về cấu trúc bên dưới.

Một số nhận xét:

- Xác định hệ số hài hợp lý cho phương pháp NFG là vô cùng quan

trọng. mối liên hệ giữa hệ số hài và cực đại NFG cho phép chúng ta

có thể lựa chọn số hài hợp lý, điều này đã được kiểm nghiệm trên các

mô hình lý thuyết cho kết quả rất phù hợp với mô hình.

- Việc áp dụng cách thức lựa chọn hệ số hài hợp lý mà nghiên cứu

sinh đã trình bày trong chương 2 luận án đã góp phần không nhỏ

trong việc xác định các ranh giới cấu trúc địa chất, điều này được

kiểm chứng qua một số mặt cắt địa chấn.

- Có thể áp dụng phương pháp NFG với các mức nâng trường khác

nhau đề nghiên cứu các cấu trúc sâu hơn, đặc biệt có thể áp dụng

phương pháp này trong việc xác định ranh giới mặt Moho theo tài liệu

trọng lực, qua đó sẽ giúp cho quá trình mô hình hóa có kết quả phù

hợp hơn về cấu trúc địa chất. Điều này nghiên cứu sinh sẽ tiếp tục

nghiên cứu sau luận án.

18

3.3. Kết quả áp dụng phương pháp gradient ngang cực đại cải

tiến xác định hệ thống đứt gẫy trên khu vực nghiên cứu

Để xác định hệ thống đứt gẫy sâu và nông trên khu vực nghiên cứu,

trong luận án này NCS đã sử dụng số liệu dị thường trọng lực

Bouguer được nâng lên nhiều mức khác nhau 5km, 10km,15km,

20km, 25km, 30km. Trên các mức nâng trường đã tiến hành tính toán

gradient ngang trọng lực cực đại và gradient ngang cực đại trọng lực

cải tiến nhằm mục đích đối sánh hai kết quả và cho thấy mức độ chi

tiết của bức tranh Gmax trên khu vực nghiên cứu

Hình 3.22. Sơ đồ đứt gẫy tổng hợp theo tài liệu địa chất và địa vật lý và các đứt gẫy được bổ sung theo HGM

cải tiến

- Sơ đồ tổng hợp (Hình 3.22) được xây dựng trên cơ sở chồng chập

tài liệu đứt gẫy đã có trên khu vực nghiên cứu và kết quả thu được

theo phương pháp HGM cải tiến. Từ sơ đồ này NCS nhận thấy thấy

kết quả liên kết chuỗi giá trị HGM theo thuật toán cải tiến đã làm nổi

19

bật hơn rất nhiều bức tranh cấu trúc trên khu vực nghiên cứu về mức

độ chi tiết, cũng như những cấu trúc đứt gãy mới mà các nghiên cứu

trước đây đã bỏ qua trong quá trình nghiên cứu.

- Phương pháp HGM cải tiến được áp dụng trong thực tế đã cho kết

quả nổi bật hơn so HGM chưa cải tiến.

Mặc dù phương pháp tính HGM đã được cải tiến và cho kết quả tốt

song do sự giới hạn của phương pháp HGM nên cho dù đã cải tiến đôi

khi cũng không thể chỉ ro hết được biên cấu trúc địa chất cũng như hệ

thống đứt gẫy. Vậy nên cần có những phương pháp khác bổ trợ trong

việc xác định đứt gẫy.

3.4. Nghiên cứu và xác định độ sâu địa hình ranh giới Moho trên

khu vực nghiên cứu

Trong phạm vi khu vực thềm lục địa miền Trung-Hoàng Sa và lân

cậnđã có rất nhiều kết quả nghiên cứu về cấu trúc sâu được công bố.

Đó là các công bố của Nguyễn Như Trung, các công bố về độ sâu tới

mặt Moho của Nissen và Hayes, Trần Tuấn Dũng ,Carla Braitenberg

[Error! Reference source not found.], Dongliang Guan . Trong

những kết quả nghiên cứu này, các tác giả xác định mặt Moho bằng

cách giải bài toán ngược trọng lực 3D với việc thừa nhận bề dầy trầm

tích đã có (NGDC). Tuy nhiên bề dầy trầm tích ở một số nơi trên khu

vực này như bể Phú Khánh, Hoàng Sa thực sự chưa được biết đầy đủ

vì tại đây không có nhiều số liệu địa chấn. Mặt khác, trong các công

trình này, các tác giả đã dựa trên 42 điểm sâu Moho đã có của Nissen

và Hayes để làm tựa, tuy nhiên lại không có điểm tựa nào trên khuvực

20

thềm lục địa miền Trung-Hoàng Sa.Chính vì vậy kết quả độ sâu tới

mặt Moho mà các tác giả đưa ra là không đảm bảo chính xác cho khu

vực nghiên cứu này. Đó cũng chính là lý do mà các tác giả đã đưa ra

những kết quả khác nhau mà không có sự kiểm nghiệm nào trên khu

vực nghiên cứu. Trên cơ sở phân tích những tồn tại nói trên và với các

bằng chứng ro nét về độ sâu tới mặt Moho theo tài liệu địa chấn thu

thập được tại khu vực bể Phú Khánh,chúng tôi đã lấy chúng làm tựa

để xác định lại bề mặt này một cách cụ thể hơn qua việc giải bài toán

ngược trọng lực 3D.

3.4.1. Độ sâu ranh giới mặt Moho khu vực thềm lục địa được bổ

sung

Dựa vào các kết quả trên vàkết hợp với các tài liệu địa chấn dầu khí

đo 9s, NCS đã tiến hành tính toán độ sâu đến mặt Moho tại 2 vị trí

thuộc tuyến đo PKBE08N37 và PKBE08N29 thuộc dự án CSL07-08

Vị trí 1.Vị trí xác định điểm Moho trên băng địa chấni PKBE08N37

tại Trace: 3874, kinh độ: 110.71727850° E, vĩ độ: 13.06255905° N

Moho được xác định tại đây với mặt phản xạ vào khoảng 4.08s,

vậy theo Christensen, Jinwei Gao với vận tốc sóng trung bình của

trong đá móng được lựa chọn vào khoảng 6.45km/s thì bề dầy đá

móng tại đây vào khoảng 1.7km. Theo đó độ sâu tới bề mặt Moho tại

đây vào khoảng 12.5km

Vị trí 2. Tuyến địa chấn PKBE08N29 tại trace: 10881, kinh độ:

111.605° E, vĩ độ: 13.667° N

21

Độ sâu tới ranh giới Moho được xác định tại đây với mặt phản xạ vào

khoảng 4.17s, vậy theo Christensen, Jinwei Gao với vận tốc sóng

trong đá móng được lựa chọn vào khoảng 6.45km/s thì bề dầy đá

móng tại đây vào khoảng 7.1km. Theo đó độ sâu tới bề mặt Moho tại

đây vào khoảng 13.5km.

hàm mật độ phụ thuộc độ sâu trầm tích được xây dựng từ Bảng 3.1,

Bảng 3.2 và đã xây dựng được hàm mật độ theo bề dầy trầm tích biểu

diễn bởi: 𝜌 = 2.68 − 𝑎𝑒𝑏𝑧 (3.2), với a=1.0121, b= -0.1874

Để xác định mật độ trung bình theo độ sâu của lớp trầm tích chúng tôi

đưa ra công thức sau:

𝜌𝑇𝐵 =∫ 𝜌𝑑𝑧

𝑧20

𝑧2 (3.3)

ở đây z2 là bề dầy lớp trầm tích

Thay biểu thức (3.2) vào (3.3) chúng ta được

𝜌𝑇𝐵 =2.68(𝑧2)+5.4(𝑒𝑏𝑧2−1)

𝑧2 (3.4)

3.4.2. Độ sâu tới bề mặt Moho

Để tiến hành xác định độ sâu địa hình bề mặt Moho trên khu vực

nghiên cứu, cấu trúc vỏ cũng được NCS chia ra bốn lớp bao gồm:

nước biển, trầm tích Kainozoi, Đá móng, Mantle.Việc tiến hành tính

toán theo các bước sau:

Bước 1. Tính dị thường dư của lớp nước biển gây ra với mật độ dư -

1.64g/cm3với việc sử dụng công thức tính dị thường trọng lực gw theo

công thức (2.24).

Bước 2. Tính dị thường dư do lớp trầm tích gây ra với mật độ dư lớp

trầm tích Kainozoi với mật độ trung bình theo theo công thức (3.4)

22

với việc sử dụng công thức tính dị thường trọng lực gsed theo công

thức (2.24).

Bước 3. Dị thường dư đá móng – Mantle (2800kg/m3

đá móng và

3300kg/m3 cho Mantle) gcrust-mantle= gf-gw-gsed

Bước 4. Tính dị thường của lớp có mật độ dư -0.13g/cm3 (2.67g/cm3-

2.8g/cm3) và lấy dị thường xác định được trong bước 3 trừ đi dị

thường lớp trên, để xác định dị thường dư do Mantle gây ra bằng cách

trung bình hóa gcrust-mantle với cửa số 50km với mục đích loại bỏ những

đối tượng có bước sóng ngắn liên quan tới dị thường dư đá móng.

Trên cơ sở có được dị thường dư Mantle NCS đã sử dụng công thức

(2.28) để xác định độ sâu tới bề mặt Moho, việc xác định độ sâu tới

bề mặt Moho phụ thuộc vào chọn độ sâu trung bình z0 và mật độ dư

∆𝜌. Ở đây NCS đã chọn z0 thay đổi từ 20 ÷ 30km và ∆𝜌 từ 0.4 ÷ 0.6

g/cm3 trên khu vực nghiên cứu, lựa chọn hợp lý cho khu vực nghiên

cứu là z0=23km, ∆𝜌=0.5g/cm3

Bảng 3.3. So sánh kết quả độ sâu Moho tính toán với điểm Moho địa chấn và nghiên cứu sinh Nguyễn Như Trung

STT

Kinh độ Vĩ độ

Độ sâu mặt

Moho được

tính toán

Độ sâu mặt

Moho theo

địa chấn

Sai số

nghiên cứu

này

Sai số

Nguyễn.NT

EPS12 112.42 19.87 -23195 23700 0.505 3.1

EPS13 112.7 19.36 -28298 29000 0.702 -1.1

EPS14 112.87 19.02 -26444 27700 1.256 -1.2

EPS15 113.04 18.74 -23424 25600 2.176 -0.7

EPS16 113.25 18.33 -18706 17300 -1.406 3.0

EPS17 113.39 17.71 -19133 23700 4.567 -3.3

PK1 110.7173 13.0625 -13345 12500 -0.845

PK2 111.6 13.667 -15387 13500 -1.887

23

Một số nhận xét và kiến nghị:

Với những kết quả thu được khi xác định một số điểm tựa Moho

trong phạm vi khu vực nghiên cứu theo tài liệu địa chấn, xác định mật

độ trung bình theo độ sâu của bể trầm tích trong việc giải bài toán

ngược trọng lực 3D nhằm xác định bề mặt Moho khu thềm lục địa

miền Trung –Hoàng Sa, có thể rút ra một số kết luận sau:

- Khu vực quần đảo Hoàng Sa, bề mặt Moho tại đây dao động từ

18-22km, khu vực bể Phú Khánh bề mặt Moho dao động từ 12km tại

trũng trung tâm bể, 18km cho rìa bể, kết quả này phù hợp với kết quả

của Braitenberg, với phần đuôi bể Sông Hồng bề mặt Moho thay đổi

từ 22÷30km, Bể Nam Hải Nam độ sâu tới mặt Moho thay đổi từ 16 ÷

28km.

- Phần tiếp giáp trũng sâu Biển Đông bề mặt Moho từ 10÷15km

- Kết quả cho thấy mặt Moho được tính toán trong nghiên cứu này

có sai số nhỏ hơn các nghiên cứu trước đây.

- Nghiên cứu góp phần làm sáng tỏ cấu trúc Moho khu vực nghiên

cứu trên cơ sở các bằng chứng địa chấn sâu.

- Việc bổ sung thêm 2 điểm sâu bề mặt Moho thềm lục địa vùng

nghiên cứu đã góp phần quan trọng trong việc xác định bề mặt Moho

trên cơ sở giải bài toán ngược trọng lực

3.5. Sơ đồ phân vùng kiến tạo khu vực thềm lục địa miền Trung-

Hoàng Sa theo tài liệu trọng lực.

Trên cơ sở các kết quả hệ thống đứt gẫy theo phương pháp HGM cải

tiến, kết quả độ sâu tới bề mặt Moho với việc bổ sung thêm 2 vị trí độ

24

sâu tới bề mặ Moho theo tài liệu địa chấn, nghiên cứu sinh đã đưa ra

sơ đồ phân vùng kiến tạo như hình 3.31.

Hình 3.31 Sơ đồ kiến tạo và hệ thống đứt gẫy khu vực nghiên cứu theo tài liệu

Trên cơ sở kết quả nghiên cứu trên nghiên cứu sinh đã bước

đầu phân vùng kiến tạo khu vực nghiên cứu thành 4 vùng chính:

- Bể Sông Hồng: với các hệ thống đứt gẫy chủ yếu chạy dọc theo bể

với hướng chủ đạo Tây Bắc-Đông Nam

- Bể Nam Hải Nam: với các hệ thống đứt gẫy dọc theo trục chính

bể, hướng đứt gẫy chủ đạo á vĩ tuyến

- Bể Phú Khánh: Hệ thống đứt gẫy chủ yếu theo hướng Đông Bắc –

Tây Nam

- Bể Hoàng Sa: Hệ thống đứt gẫy phân chủ yếu theo hương Đông

Đông Bắc.

25

Kết luận và kiến nghị

Kết luận

Qua việc thực hiện đề tài luận án: “Nghiên cứu cấu trúc kiến tạo khu

vực thềm lục địa bắc Miền Trung Việt Nam trên cơ sở xử lý, phân tích

và minh giải tổng hợp tài liệu địa chất - địa vật lý”, nghiên cứu sinh

rút ra một số kết luận sau:

- Với đề xuất cải tiến để lựa chọn hệ số hài hợp lý, hiệu quả áp dụng

của phương pháp gradient chuân hóa toàn phần đã phần nào được

nâng cao thêm. Nó giúp đưa ra các thông tin tiên nghiệm một cách

nhanh chóng và tương đối chính xác để đảm bảo cho độ hội tụ tốt hơn

khi giải ngược trong bài toán xây dựng mô hình cấu trúc – mật độ.

- Kết quả tính toán thử nghiệm cả trên mô hình và thực tế cho thấy

phương pháp HGM cải tiến do nghiên cứu sinh đề xuất có sự khác

biệt đáng kể so với phương pháp HGM chưa cải tiến trong việc làm

tăng thêm số điểm cực đại của HGM, do đó bổ sung và làm ro hơn

các biên của nguồn. Phương pháp này cũng đã được áp dụng có hiệu

quả để xác định các đứt gãy khu vực thềm lục địa bắc Miền trung –

Hoàng sa.

- Việc xây dựng được hàm phân bố mật độ tầng trầm tích Kainozoi

trên toàn khuvực thềm lục địa Bắc Miền Trung –Hoàng Sa đã làm

tăng thêm độ chính xác khi loại bỏ phần trường gây bởi tầng trầm

tích này, do đó cũng làm tăng độ chính xác khi giải bài toán xác định

độ sâu tới mặt Moho khu vực nghiên cứu.

26

- Việc bổ sung thêm hai điểm độ sâu tới mặt Moho theo tài liệu địa

chấn khu vực bể Phú khánh đã cho phép xác định lại độ sâu tới

Moho trên khu vực nghiên cứu có kết quả sát với thực tế hơn.

Kiến nghị:

- Khi áp dụng phương pháp NFG, việc lựa chọn hài có phù hợp với

cấu trúc địa chất hay không còn phụ thuộc và chiều dài tuyến. Điều

này nghiên cứu sinh thấy cần phải được nghiên cứu kỹ hơn trong các

nghiên cứu tiếp theo của mình.

- Mặc dù với những đề xuất cải tiến được đưa ra trong luận án,

phương pháp HGM đã được sử dụng có hiệu quả trong việc xác định

hệ thống các đứt gẫy địa chất. Tuy nhiên chỉ với một mình nó thì

cũng không thể phát hiện ra hết được các đứt gẫy địa chất trong khu

vực nghiên cứu. Chính vì vậy, khi áp dụng nó cần có những phương

pháp khác bổ sung để có thể đưa ra được kết quả đầy đủ hơn.

- Cần thiết có số liệu độ sâu tới Moho khu vực Bể Sông Hồng để

làm tựa cho việc giải ngược trọng lực có kết quả phù hợp hơn

- Nếu có được các tọa độ chuân của các tuyến địa chấn Savva,

Pichot nghiên cứu sẽ xác định thêm được một số điểm độ sâu bề mặt

Moho khác và nó làm tăng thêm các thông tin tiên nghiệm cho giải

bài toán ngược

27

DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA NGHIÊN CỨU

SINH LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN

1. Hoàng Văn Vượng, Trần Văn Khá, Đào Thị Hà, Nguyễn Kim

Dũng, 2014. Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc và mật độ trung bình đất

đá trầm tích khu vực trũng sâu Biển Đông – Quần đảo Trường Sa và

kế cận theo tài liệu địa vật lý. Tạp chí khoa học trái đất. (T.36), pp

321-328

2. Trần Văn Khá, Hoàng Văn Vượng, 2017. Cải tiến thuật toán tính

gradient ngang cực đại xác định biên cấu trúc địa chất và hệ thống

đứt gẫy theo tài liệu trọng. Tạp chí khoa học và công nghệ biển. số 4

(chờ đăng)

3. Trần Văn Khá, Hoàng Văn Vượng, Nguyễn Kim Dũng, 2014.

Mối liên hệ giữa số hài với gradient chuẩn hóa toàn phần cực đại

trong việc xác định độ sâu tới nguồn theo tài liệu trọng lực. Tạp chí

khoa học và công nghệ biển. Số 4A-2014.

4. Hoàng Văn Vượng, Nguyễn Kim Dũng, Trần Văn Khá, 2013.

Đặc điểm cấu trúc kiến taọ sâu khu vực Vịnh Bắc Bộ theo tài liệu

trọng lực. Tạp chí khoa học và công nghệ biển. Số 3A-2013.

5. Trần Văn Khá, Đỗ Đức Thanh, Hoàng Văn Vượng, 2017. Cấu

trúc Moho khu vực thềm lục địa Bắc Miền Trung và lân cận theo tài

liệu địa vật lý. Tạp chí địa chất. (đã được phản biện đồng ý cho đăng)

6. Tran Van Kha, Hoang Van Vuong, Do Duc Thanh, Duong Quoc

Hung, 2018. Improving the maximum horizontal gradient algorithm to

determine geological body boundaries and fault systems based on

gravity data. Journal of Applied Geophysics (đang được phản biện lần

2)